高铁圆锥滚子轴承滚子与滚道间的接触分析

基于Hertz接触理论与滚子切片理论,对高铁圆锥滚子轴承中不同凸形的滚子与滚道间的接触问题进行了数值分析.建立了滚子-滚道接触应力与接触载荷计算模型,对CRH3型高铁用轴承进行实例分析,求解其在滚子母线方向上的应力与载荷分布,并计算对数曲线型滚子在满载情况下的最佳凸度量.结果表明:滚子的应力集中程度与所受载荷大小相关;滚子的对数曲线型只能减小并不能消除滚子的应力集中现象;滚子的最佳凸度量略小于理论凸度值.     

转盘轴承对数修形滚子的特性分析

基于ABAQUS建立转盘轴承对数修形滚子与滚道接触的局部有限元模型,分析对数修形滚子在滚动和滑动工况下转盘轴承的应力分布。结果表明:随滚动和滑动的速度增加,应力分布趋势相同,但应力值变化不大,可以忽略速度对应力分布的影响。载荷较小时,滚道上应力分布均匀。载荷较大时,滚子端部与滚道接触位置应力明显增加。随载荷增加,模型整体应力值变大。摩擦因数增加,滚道上应力分布均匀,等效应力和接触应力变化不大,交变应力变大,且最大交变应力向滚道表面移动。     

圆锥滚子凸度量设计的随机有限元方法

考虑轴承实际载荷的随机性,将轴承实际载荷视为一个随机变量,利用随机有限元法对圆锥滚子不同凸度量对应的法向接触应力分别进行计算.通过对比分析,确定最小法向接触应力所对应的凸度量为最优凸度量,形成一种圆锥滚子凸度量设计方法.以31313轴承为实例,利用该方法对该圆锥滚子凸度量进行设计.结果表明:与传统设计方法相比,设计得到的凸度量在减小法向接触应力方面要优于传统的轴承凸度量设计方法.     

双列球面滚子轴承力学分析及滚子受载计算方法

以球面滚子轴承为研究对象,运用切片法,综合考虑了滚子-滚道凸度以及轴承内圈倾斜角的影响,建立了滚子并排和滚子错排的球面滚子轴承滚子载荷的计算模型。数值计算了内圈倾斜角、径向游隙、滚子错排角、以及外载荷等参数对球面滚子轴承滚子载荷和轴承内圈径向位移量的影响。计算结果表明,在一定的外载荷作用下,轴承内圈倾斜角度与滚子最大载荷呈线性变化规律;错排滚子的球面滚子轴承最大滚子载荷比并排略小,内圈径向位移量也略小。     

双金属复合内圈滚动轴承接触特性分析

为解决圆柱滚子轴承在大载荷条件下易磨损的问题,设计了一种双层金属复合材料内圈圆柱滚子轴承.以复合内圈与滚子的接触为例,基于赫兹接触理论和波西涅斯克理论,给出了单个滚子与轴承内圈的最大接触应力.结合层复合材料力学模型,计算双层金属复合材料内圈等效弹性模量.建立内圈与单个滚子间接触模型,采用有限元仿真方法,探究不同材料厚度下的接触应力和弹性变形.通过接触摩擦试验,验证复合材料内圈在不同材料厚度下的接触宽度.结果表明:双层金属复合材料内圈轴承滚子与内圈接触变形增大,接触应力减小,可以有助于减少圆柱滚子轴承的磨损.     

多因素综合作用下减速机构修形优化设计

建立了某减速机构的参数化模型,对其基本参数进行参数优化设计,降低齿轮滑动率,以期从理论上降低齿面磨损.在此基础上,充分考虑轴变形、制造误差和装配误差等因素,构建面向真实运行环境的减速机构,并对其啮合特性进行数值仿真.结果表明,齿面载荷分布不均匀和存在传动噪声.有鉴于此,提出齿轮修形策略.研究结果表明,齿廓修形和齿向修形的综合修形可有效改善齿面载荷分布和降低噪声.     

基于模糊综合决策的直齿圆柱齿轮齿廓最佳修形

在时变啮合刚度和Blok闪温理论的基础之上,系统地分析齿廓修形参数对齿间载荷分配、传动误差和齿面闪温的影响,并确定在单目标条件下齿廓修形的最佳修形参数.基于模糊综合决策理论,确定了综合考虑多目标条件下齿廓修形最佳修形参数.引入多目标条件下修形量的修正系数Xc ,确定修正系数Xc的值,并给出多目标条件下修形量的计算公式.综合最佳修形参数的最大修形量,取单双齿啮合区交替点B和D的变形量乘以修正系数Xc,修形指数取1.43,修形方式为长修形.     

单牙轮钻头轴承接触应力分析

采用Pro/M分析软件,利用接触问题的有限元法,对单牙轮钻头轴承内接触受力做了进一步的分析和研究。对轴承内应力的分布,轴向载荷与径向载荷的关系,钻头结构参数、钻压与接触应力和接触面积的关系作了论述,得出了轴颈上接触应力的分布规律曲线,提出了轴承设计应注意的问题。     

双列圆锥滚子轴承动力学分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了双列圆锥滚子轴承动力学分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的方法,对轴承非线性动力学微分方程进行求解。研究了双列圆锥滚子轴承的最大接触压力、滚子打滑率、滚子歪斜角以及轴承疲劳寿命等动态性能。分析结果表明:轴承的最大接触压力随轴向预紧量的增加呈先减小后增大的趋势,最佳预紧量随外载荷的增加而变大;滚子歪斜角随径向载荷的增加而变大,"压紧"侧的滚子歪斜角略微大于"放松"侧;轴承疲劳寿命随轴向预紧量的增加而增大直至最大值,随后迅速下降。     

人字齿轮小轮轴向窜动的多目标复合修形优化

为了改善人字齿轮左右齿面载荷不完全对称引起的齿面偏载和振动问题,研究了人字齿轮小轮轴向固定和轴向窜动对齿面载荷分布的影响,提出了一种人字齿轮复合修形设计方法。根据齿面偏载情况,通过齿向补偿修形优化实现左右齿面载荷均匀分布;在齿向补偿修形的基础上,叠加拓扑修形构建复合修形齿面,以承载传动误差幅值最小和齿面闪温最低为优化目标,采用NSGA-II算法确定最佳拓扑修形量。算例结果表明,仅小轮轴向窜动,虽然能使左右斜齿轮副载荷基本相等,但不能完全改善单个斜齿轮齿面偏载的状况。齿向补偿修形后,能够改善每一个斜齿轮齿面的载荷使其均匀分布。复合修形改善了齿面载荷分布,避免了边缘接触,大幅降低了承载传动误差幅值和齿面闪温。     

预切槽机上单把切刀的切削载荷特性

为了研究预切槽机上切刀在开挖过程中的受载特性,建立了单把切刀水平推进载荷计算模型,并运用LS-DYNA软件模拟单把切刀切削岩土的过程,分析不同切削深度及刀刃角对切刀水平推进载荷的影响规律.结果表明:切刀水平推进载荷远大于垂直载荷,水平载荷随着切削深度的增大而增大;相同切削深度下,切刀水平载荷随刀刃角的增大而增大,刀刃角从80°增大到125°,各个切削深度下水平载荷平均增大30.7%;切刀比能耗随着刀刃角的增大呈先减小后基本不变的趋势,在刀刃角为110°时,切刀切削效率最高,且切刀比能耗随着切削深度的增大而减小.     

差动式行星滚柱丝杠承载特性分析

基于空间啮合理论与赫兹接触理论展开差动式行星滚柱丝杠承载特性分析,综合考虑由滚柱与丝杆初始啮合点偏置引起的接触点位置变化对承载特性的影响,建立差动式行星滚柱丝杠空间啮合几何学模型,采用数值方法对滚柱和丝杆的啮合点位置和主曲率进行求解,推导出单个滚柱螺纹齿面载荷分布和承载能力计算几何模型,将模型计算结果与直接刚度法计算结果进行对比,验证了模型的正确性;系统分析了牙型角、螺距、滚柱螺纹节数、丝杆与滚柱材料弹性模量比等因素对差动式行星滚柱丝杠载荷分布和承载能力的影响规律。     

Numerical Simulation on Dynamic Load of Main Bearing of Tunnel Boring Machine Based on Combination Stratum

The load spectrum of the main bearing of tunnel boring machine( TBM) is difficult to establish because of the complex factors affecting the driving load of tunneling. In this paper, a simulation model of dynamic load of cutterhead is established,with a view to structural features and special conditions, based on a complex combination stratum, the cutter layout model and cutterhead control parameters,and it is a dynamic load boundary of the main drive bearing. Combined with the load distribution calculation of the main bearing and Hertz contact theory, the prediction model of dynamic load spectrum of the main drive bearing is completed during tunneling,and in accordance with the predicted results,the static and dynamics characteristics of load spectrum for the main drive bearing on the thrust and tilting moment are analyzed. The results of cutterhead load show that,in the certain complex stratum, the fluctuations of load for thrust rollers can reflect formation interface information of complex stratum in current tunneling. The main drive bearing bear the thrust and overturning moment of cutterhead under the composite,the external load has a greater influence on the load-spectrum of reverse thrust roller than that of main thrust roller,and the maximum contact stress of the two row roller is almost the same. The load spectrum,obtained by this method,can provide a meaningful reference for the design and checking of the main drive bearing,and also can be the basis of its fatigue reliability.     

大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究

为充分研究大型双排四点接触球轴承的载荷分布,采用超单元法模拟滚珠滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,并通过与理论模型及经验公式结果对比,验证了该模型的正确性。在此基础上,利用此模型分析螺栓预紧力、安装表面平面度及变桨同步度对轴承载荷分布的影响。结果表明:随着均布螺栓预紧力的增加,轴承最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使轴承接触载荷波动加剧;平面度误差会造成轴承接触载荷分布不规则突变;当变桨同步度为负时,轴承的接触载荷增大。     

岩石温度对盘形滚刀掘进参数破岩特性的影响

为了研究在岩石温度变化条件下盘形滚刀掘进参数对破岩特性的影响,以颗粒流理论为平台,从细观角度上建立了基于岩石温度变化的盘形滚刀热力学破岩数学模型,模拟了不同工况下岩石裂纹生成、扩展和岩渣形成的全过程,并对掘进参数对破岩特性的影响规律进行了研究,从细观角度解释了不同岩石温度下滚刀的破岩机制.利用直线式TBM滚刀破岩实验台,通过实验验证在岩石温度变化条件下掘进参数对滚刀破岩的影响规律是否与数值模拟有较好的一致性.研究结果表明:1)岩石温度升高,降低了岩石硬度、强度等力学性质,破岩时裂纹数增多且微裂纹迅速扩展,降低了滚刀破岩载荷,提高了破岩效率;2)低贯入度时,岩石不容易被侵入破碎;随着岩石温度的升高,岩石越来越容易挤压破裂;随着贯入度增加,失效区域进一步扩大,破岩效率提高;3)滚刀之间的协同作用随刀间距的增加而减弱,最优刀间距随岩石温度的升高而增加,随贯入度的增大而增加;4)提高岩石温度能增强滚刀之间的协同作用,提高破岩效率.     

圆锥滚子轴承接触分析

使用切片方法对单个滚子/滚道接触对进行数值计算,并以此为基础对圆锥滚子轴承进行总体接触受力和变形分析.根据变形协调和力平衡条件,建立了对轴承总体进行接触分析的数学模型,该模型是一个方程组,通过数值方法求解该方程组,完成对轴承总体的分析与计算.以文中方法为基础,编写了对圆锥滚子轴承进行受力分析的软件,并以实例进行了验证.     

涂层材料特性对滚动轴承接触性能的影响

使用半解析法求解涂层材料的接触问题. 对于接触压力的求解采用共轭梯度法;而表面弹性变形以及次表层应力,通过解析法得到影响系数,并采用离散卷积-快速傅里叶变换加速求解. 结果表明,薄涂层对表面压力的改变很小,主要由基体承受载荷,对于滚子轴承而言,涂层不能消除边缘压力集中;最大Von-Mises应力的大小和位置与涂层材料、涂层厚度以及摩擦因数有关;与软涂层相比,硬涂层具有较大的界面剪切应力,涂层剥落、黏着失效更易发生,随着涂层厚度的增加,最大界面剪切应力先增加后减小.      

基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)工作时刀盘表面会产生大量裂纹,针对这种情况提出一套裂纹区域划分法,在此基础上建立可靠度计算模型.首先,根据受力及结构形式的不同划分刀盘易发生裂纹的危险区域,然后运用雨流计数法获取应力幅值.以裂纹疲劳损伤累积为基本变量,创建TBM刀盘裂纹扩展形式的可靠度计算模型.以中天山隧道工程TBM刀盘为例,刀盘易发生裂纹的部位可划分为10个区域.TBM掘进4 km时可靠度的计算结果与实际工程相符.刀座焊接处最易发生疲劳破坏,维修时应采取措施防止其裂纹扩展.     

圆柱滚子轴承的刚度计算

针对基于Hertz接触理论的轴承刚度计算方法在实际应用中存在较大局限性的问题,通过实验方法建立基于超声波的油膜刚度测试模型,并运用现代微观理论建立了滚子轴承的接触刚度分形模型,推导出油膜刚度和接触刚度与径向载荷的关系。研究分析表明随着径向载荷的增加,油膜刚度和法向接触刚度不断增大。为证明该方法的有效性,运用所建立的模型对某型圆柱滚子轴承进行实例分析,计算得出该滚子轴承的径向刚度。结果表明:油膜刚度与径向载荷成线性关系,随着径向载荷的增大,法向接触刚度增长速率变缓。